JP2014142370A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化や高コスト化を招くことなく、被走査面を高速で、精度良く光走査することができる光走査装置を提供する。
【解決手段】 鏡面数Ｎの回転多面鏡に入射する光束の主走査対応方向の幅ｄｉｎが、回転多面鏡の反射面の主走査対応方向の幅より小さく、回転多面鏡の回転軸に直交する平面に正射影したとき、Ｘ軸方向に対する入射角θｉｎ、走査領域における走査開始位置での画角θｓ、走査終了位置での画角θｅ、θ１＝（θｉｎ＋θｓ）／２−３６０／（２×Ｎ）、θ２＝（θｉｎ＋θｅ）／２＋３６０／（２×Ｎ）を用いて、回転多面鏡の外接円半径Ｒが、
【数１】

を満足する。
【選択図】図９

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、被走査面を光によって走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。一般的に、この画像形成装置は、感光性を有するドラムの表面をレーザ光で走査し、該ドラムの表面に潜像を形成するための光走査装置を備えている。

上記光走査装置は、光源、偏向器前光学系、回転多面鏡、及び走査光学系などを有している。光源から射出されたレーザ光は、偏向器前光学系を介して回転多面鏡に入射し、回転多面鏡の反射面で偏向された後、走査光学系を介してドラムに導光される。なお、回転多面鏡の反射面は、「偏向反射面」とも呼ばれている。

回転多面鏡にレーザ光を入射させる方式として、アンダーフィルドタイプとオーバーフィルドタイプがある。以下では、便宜上、アンダーフィルドタイプを「ＵＦタイプ」、オーバーフィルドタイプを「ＯＦタイプ」ともいう。

ＵＦタイプでは、主走査方向に対応する方向に関して、上記偏向反射面の長さよりも入射光の幅が小さい（例えば、特許文献１参照）。この場合、入射光のすべてが偏向反射面で反射される。

ＯＦタイプでは、主走査方向に対応する方向に関して、上記偏向反射面の長さよりも入射光の幅が大きい（例えば、特許文献２参照）。この場合、入射光における周辺の光は偏向反射面に入射しない。

近年、画像形成装置に対して、さらなる画像形成の高速化、及びさらなる画像の高品質化への要求が高まっている。

しかしながら、従来の画像形成装置では、大型化や高コスト化を招くことなく、要求されるレベルの高速化及び高品質化を実現するのは困難であった。

本発明は、光源から射出され、Ｎ個の反射面を有する回転多面鏡で反射された光束によって、被走査面を主走査方向に沿って走査する光走査装置において、前記回転多面鏡に入射する光束の前記主走査方向に対応する方向の幅が、前記回転多面鏡の反射面の前記主走査方向に対応する方向の幅より小さく、前記回転多面鏡の回転軸に直交する平面に正射影したとき、前記回転多面鏡に入射する光束の前記主走査方向に対応する方向の幅ｄｉｎ、基準軸方向に対する入射角θｉｎ、走査領域における走査開始位置での画角θｓ、走査終了位置での画角θｅ、θ１＝（θｉｎ＋θｓ）／２−３６０／（２×Ｎ）、θ２＝（θｉｎ＋θｅ）／２＋３６０／（２×Ｎ）を用いて、前記回転多面鏡の外接円半径Ｒが、

を満足することを特徴とする光走査装置である。

なお、本明細書においては「走査領域」とは、被走査面上において、光走査によって画像（潜像を含む）が形成される領域を意味している。

本発明の光走査装置によれば、大型化や高コスト化を招くことなく、被走査面を高速で、精度良く光走査することができる。

本発明の一実施形態に係る複合機の概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置の構成を説明するための図（その１）である。 図１における光走査装置の構成を説明するための図（その２）である。 図１における光走査装置の構成を説明するための図（その３）である。 図１における光走査装置の構成を説明するための図（その４）である。 光偏向器に入射する光束の入射角θｉｎを説明するための図である。 光偏向器に入射する光束の幅ｄｉｎを説明するための図である。 面１〜面６を説明するための図である。 走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とを説明するための図である。 走査光束が走査領域の中央位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とを説明するための図である。 走査光束が走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とを説明するための図である。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、それぞれ本実施形態における開口板の例を説明するための図である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ従来の開口板を説明するための図である。 Ｂ１（ｘ１，ｙ１）及びθ１を説明するための図である。 Ｂ２（ｘ２，ｙ２）及びθ２を説明するための図である。 ｄｂを説明するための図である。 Ｎ＝４のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その１）である。 Ｎ＝４のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その２）である。 Ｎ＝５のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その１）である。 Ｎ＝５のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その２）である。 Ｎ＝６のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その１）である。 Ｎ＝６のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その２）である。 Ｎ＝７のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その１）である。 Ｎ＝７のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その２）である。 Ｎ＝８のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その１）である。 Ｎ＝８のときのケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係を説明するための図（その２）である。 変形例１を説明するための図（その１）である。 変形例１を説明するための図（その２）である。 変形例１を説明するための図（その３）である。 変形例２を説明するための図（その１）である。 変形例２を説明するための図（その２）である。 変形例２を説明するための図（その３）である。 変形例２を説明するための図（その４）である。 変形例２を説明するための図（その５）である。 図３５（Ａ）〜図３５（Ｄ）は、それぞれ開口板の変形例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２６に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としての複合機２０００の概略構成が示されている。

この複合機２０００は、複写機、プリンタ、及びファクシミリの機能を有し、本体装置１００１、読取装置１００２、及び自動原稿給紙装置１００３などを備えている。

本体装置１００１は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、中間転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着ローラ２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

読取装置１００２は、本体装置１００１の上側に配置され、原稿を読み取る。すなわち、読取装置１００２は、いわゆるスキャナ装置である。ここで読み取られた原稿の画像情報は、本体装置１００１のプリンタ制御装置２０９０に送られる。

自動原稿給紙装置１００３は、読取装置１００２の上側に配置され、セットされた原稿を読取装置１００２に向けて送り出す。この自動原稿給紙装置１００３は、一般にＡＤＦ（Ａｕｔｏ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）と呼ばれている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信、及び公衆回線を介したデータ通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、読取装置１００２からの画像情報あるいは通信制御装置２０８０を介した画像情報を光走査装置２０１０に送る。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて色毎に変調された光により、対応する帯電された感光体ドラムの表面をそれぞれ走査する。これにより、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像装置の方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の構成については後述する。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジ（図示省略）からのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って中間転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで中間転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで中間転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。これにより、中間転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。カラー画像が転写された記録紙は、定着ローラ２０５０に送られる。

定着ローラ２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。トナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次積み重ねられる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図２〜図５に示されるように、２つの光源（２２００Ａ、２２００Ｂ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、光偏向器２１０４、４つの走査レンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、８枚の折り返しミラー（２１０６Ａ、２１０６Ｂ、２１０７ａ、２１０７ｂ、２１０７ｃ、２１０７ｄ、２１０８ａ、２１０８ｄ）、不図示の同期検知センサ及び走査制御装置などを備えている。そして、これらは、光学ハウジングの所定位置に組み付けられている。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向（回転軸方向）に沿った方向をＹ軸方向、光偏向器２１０４の回転軸に沿った方向をＺ軸方向として説明する。また、以下では、便宜上、各光学部材及び光束における主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源２２００Ａと光源２２００Ｂは、Ｘ軸方向に関して離れた位置に配置されている。各光源は、いずれも２つの発光部を有しており、少なくともＺ軸方向に関して離間している２つの光束を射出する。

ここでは、光源２２００Ａから射出される２つの光束のうち、＋Ｚ側の光束を「光束Ｌａ」といい、−Ｚ側の光束を「光束Ｌｂ」という。また、光源２２００Ｂから射出される２つの光束のうち、＋Ｚ側の光束を「光束Ｌｄ」といい、−Ｚ側の光束を「光束Ｌｃ」という。

カップリングレンズ２２０１ａは、光源２２００Ａから射出された光束Ｌａの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｂは、光源２２００Ａから射出された光束Ｌｂの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｃは、光源２２００Ｂから射出された光束Ｌｃの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｄは、光源２２００Ｂから射出された光束Ｌｄの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

シリンドリカルレンズ２２０４ａは、カップリングレンズ２２０１ａを介した光束Ｌａの光路上に配置され、該光束をＺ軸方向に関して集光する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｂは、カップリングレンズ２２０１ｂを介した光束Ｌｂの光路上に配置され、該光束をＺ軸方向に関して集光する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｃは、カップリングレンズ２２０１ｃを介した光束Ｌｃの光路上に配置され、該光束をＺ軸方向に関して集光する。

シリンドリカルレンズ２２０４ｄは、カップリングレンズ２２０１ｄを介した光束Ｌｄの光路上に配置され、該光束をＺ軸方向に関して集光する。

開口板２２０２ａは、開口部を有し、シリンドリカルレンズ２２０４ａを介した光束Ｌａを整形する。

開口板２２０２ｂは、開口部を有し、シリンドリカルレンズ２２０４ｂを介した光束Ｌｂを整形する。

開口板２２０２ｃは、開口部を有し、シリンドリカルレンズ２２０４ｃを介した光束Ｌｃを整形する。

開口板２２０２ｄは、開口部を有し、シリンドリカルレンズ２２０４ｄを介した光束Ｌｄを整形する。

各開口板の開口部を通過した光束は、光偏向器２１０４に入射する。

各光源と光偏向器２１０４との間の光路上に配置されている光学系は、「偏向器前光学系」とも呼ばれている。

光偏向器２１０４は、２段構造の回転多面鏡を有している。各回転多面鏡には６面の鏡面がそれぞれ形成されており、各鏡面が偏向反射面である。そして、１段目（下段）の回転多面鏡では、開口板２２０２ｂの開口部を通過した光束Ｌｂ及び開口板２２０２ｃの開口部を通過した光束Ｌｃがそれぞれ偏向され、２段目（上段）の回転多面鏡では、開口板２２０２ａの開口部を通過した光束Ｌａ及び開口板２２０２ｄの開口部を通過した光束Ｌｄがそれぞれ偏向されるように配置されている。

ここでは、光束Ｌａ及び光束Ｌｂは光偏向器２１０４の＋Ｘ側に偏向され、光束Ｌｃ及び光束Ｌｄは光偏向器２１０４の−Ｘ側に偏向される。

走査レンズ２１０５ａ及び走査レンズ２１０５ｂは、光偏向器２１０４の＋Ｘ側に配置され、走査レンズ２１０５ｃ及び走査レンズ２１０５ｄは、光偏向器２１０４の−Ｘ側に配置されている。

そして、走査レンズ２１０５ａと走査レンズ２１０５ｂはＺ軸方向に積層され、走査レンズ２１０５ａは２段目の回転多面鏡に対向し、走査レンズ２１０５ｂは１段目の回転多面鏡に対向している。また、走査レンズ２１０５ｃと走査レンズ２１０５ｄはＺ軸方向に積層され、走査レンズ２１０５ｃは１段目の回転多面鏡に対向し、走査レンズ２１０５ｄは２段目の回転多面鏡に対向している。

光偏向器２１０４で偏向された光束Ｌａは、走査レンズ２１０５ａ、折り返しミラー２１０６Ａ、折り返しミラー２１０７ａ、及び折り返しミラー２１０８ａを介して、感光体ドラム２０３０ａに照射され、光スポットが形成される。

光偏向器２１０４で偏向された光束Ｌｂは、走査レンズ２１０５ｂ、折り返しミラー２１０６Ａ、及び折り返しミラー２１０７ｂを介して、感光体ドラム２０３０ｂに照射され、光スポットが形成される。

光偏向器２１０４で偏向された光束Ｌｃは、走査レンズ２１０５ｃ、折り返しミラー２１０６Ｂ、及び折り返しミラー２１０７ｃを介して、感光体ドラム２０３０ｃに照射され、光スポットが形成される。

光偏向器２１０４で偏向された光束Ｌｄは、走査レンズ２１０５ｄ、折り返しミラー２１０６Ｂ、折り返しミラー２１０７ｄ、及び折り返しミラー２１０８ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄに照射され、光スポットが形成される。

各感光体ドラム上の光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って該感光体ドラムの長手方向に移動する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」であり、感光体ドラムの回転方向が「副走査方向」である。

光偏向器２１０４と各感光体ドラムとの間の光路上に配置されている光学系は、「走査光学系」とも呼ばれている。

ここで、図６に示されるように、Ｚ軸に直交する平面に正射影したとき、光源から射出され、光偏向器２１０４に入射する光束の進行方向とＸ軸方向（基準軸方向）とのなす角をθｉｎと表記する。ここでは、θｉｎ＝６０°となるように設定されている。

また、図７に示されるように、開口板の開口部を通過した光束の主走査対応方向に関する幅をｄｉｎと表記する。この光束が光偏向器２１０４に入射する。ここでは、ｄｉｎ＝４ｍｍとなるように設定されている。

なお、６つの偏向反射面を区別する必要があるときは、反時計まわりに面１、面２、面３、面４、面５、面６とする（図８参照）。

次に、光源２２００Ａから射出され、光偏向器２１０４に入射する光束（以下では、「入射光束」と略述する）と、光偏向器２１０４で偏向されて、対応する感光体ドラムの走査領域に向かう光束（以下では、「走査光束」と略述する）について図９〜図１１を用いて説明する。ここでは、回転多面鏡の面１で反射された光束が、対応する感光体ドラムの走査領域に向かうものとする。

図９には、走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と反射光束とが示されている。このとき、入射光束の全てが回転多面鏡の面１に入射するのではなく、入射光束の一部は面６に入射するように設定されている。そこで、主走査対応方向に関して、走査光束の幅ｄｓは、入射光束の幅ｄｉｎよりも小さくなる。すなわち、光偏向器２１０４では、入射光束の一部が「ケラレ」ることとなる。この場合、ケラレ率ｋは、（ｄｉｎ−ｄｓ）／ｄｉｎで示される。

このとき、走査光束の進行方向とＸ軸方向とのなす角θｓは、４０°である。この角度θｓは、走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでの画角である。

図１０には、走査光束が走査領域の中央位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とが示されている。このとき、入射光束の全てが回転多面鏡の面１に入射するように設定されている。そこで、主走査対応方向に関して、走査光束の幅ｄｃは、入射光束の幅ｄｉｎと同じである。すなわち、光偏向器２１０４では、入射光束の「ケラレ」はない。

図１１には、走査光束が走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と反射光束とが示されている。このとき、入射光束の全てが回転多面鏡の面１に入射するのではなく、入射光束の一部は面２に入射するように設定されている。そこで、主走査対応方向に関して、走査光束の幅ｄｅは、入射光束の幅ｄｉｎよりも小さくなる。すなわち、光偏向器２１０４では、入射光束の一部が「ケラレ」ることとなる。この場合、ケラレ率ｋは、（ｄｉｎ−ｄｅ）／ｄｉｎで示される。

このとき、走査光束の進行方向とＸ軸方向とのなす角θｅは、−４０．０°である。この角度θｅは、走査光束が走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでの画角である。

｜θｓ｜＋｜θｅ｜は、いわゆる走査画角に対応する角度であり、ここでは８０°である。

感光体ドラムの走査領域における走査開始位置は、主走査方向に関する該走査領域の一側端部であり、感光体ドラムの走査領域における走査終了位置は、主走査方向に関する該走査領域の他側端部である。

なお、光源２２００Ｂから射出され、光偏向器２１０４に入射する光束についても、上記光源２２００Ａから射出された光束の場合と同様に設定されている。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）には、本実施形態における開口板として用いることができる開口板の例が示されている。本実施形態における開口板の開口部は、副走査対応方向に関する長さ（開口幅）が、主走査対応方向における両端部分で、主走査対応方向における中央部分よりも小さくなる形状を有している。この場合は、走査領域の両端部と中央部での光量差及びスポット径の差を小さくすることができる。

なお、比較例として、図１３（Ａ）には、従来のＵＦタイプの光走査装置で用いられている開口板の例が示され、図１３（Ｂ）には、従来のＯＦタイプの光走査装置で用いられている開口板の例が示されている。

次に、本実施形態において、回転多面鏡の大きさを導出する過程について説明する。ここでは、Ｚ軸方向に直交する平面内で、回転多面鏡の中心を原点とするｘｙ座標系を用いる。ｘ座標値はＸ軸方向に関する位置を示し、ｙ座標値はＹ軸方向に関する位置を示す。また、回転多面鏡に外接する円の半径をＲ、回転多面鏡に内接する円の半径をＡ、回転多面鏡における鏡面の数をＮとする。さらに、回転多面鏡の面１で反射された光束が、対応する感光体ドラムの走査領域に向かうものとする。

そして、走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでの、面１と面６の境界部Ｂ１のｘｙ座標系における座標値を（ｘ１，ｙ１）とする（図１４参照）。このとき、原点と境界部Ｂ１とを結ぶ線分のＸ軸方向からの傾斜角をθ１とする。ｘｙ座標系において、原点と境界部Ｂ１とを結ぶ線分の長さはＲである。

さらに、走査光束が走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでの、面１と面２の境界部Ｂ２のｘｙ座標系における座標値を（ｘ２，ｙ２）とする（図１５参照）。このとき、原点と境界部Ｂ２とを結ぶ線分のＸ軸方向からの傾斜角をθ２とする。

また、入射光束において、境界部Ｂ１と境界部Ｂ２の間の領域に入射する光束の主走査対応方向に関する幅をｄｂとする（図１６参照）。

座標ｘ１は、次の（１）式で示すことができる。
ｘ１＝Ｒｃｏｓθ１ ……（１）

座標ｙ１は、次の（２）式で示すことができる。
ｙ１＝Ｒｓｉｎθ１ ……（２）

θ１は、次の（３）式で示すことができる。
θ１＝（θｉｎ＋θｓ）／２−３６０／（２×Ｎ） ……（３）

座標ｘ２は、次の（４）式で示すことができる。
ｘ２＝Ｒｃｏｓθ２ ……（４）

座標ｙ２は、次の（５）式で示すことができる。
ｙ２＝Ｒｓｉｎθ２ ……（５）

θ２は、次の（６）式で示すことができる。
θ２＝（θｉｎ＋θｅ）／２＋３６０／（２×Ｎ） ……（６）

境界部Ｂ２を通り、入射光束の進行方向に平行な直線は、次の（７）式で示すことができる。
ｙ＝ｔａｎθｉｎ×ｘ＋ｂ ……（７）

上記（７）式におけるｂは、次の（８）式で示される。
ｂ＝Ｒｓｉｎθ２−ｔａｎθｉｎ×Ｒｃｏｓθ２ ……（８）

境界部Ｂ１と上記（７）式の直線との距離ｄは、次の（９）式で示される。

上記（９）式に、上記（１）式、（２）式、（８）式を代入すると、次の（１０）式を得ることができる。

上記（１０）式から、次の（１１）式を得ることができる。

回転多面鏡に外接する円の半径が、上記（１１）式において、ｄ＝ｄｉｎとしたときのＲであれば、走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミング及び走査終了位置に向かうタイミングのいずれであっても、入射光束の全てが面１で反射される。一方、ｄ＜ｄｉｎとしたときのＲであれば、走査光束が走査開始位置に向かうタイミングあるいは走査終了位置に向かうタイミングで、入射光束の一部が「ケラレ」る。すなわち、次の（１２）式が、走査光束が走査開始位置に向かうタイミングあるいは走査終了位置に向かうタイミングで、入射光束の一部が「ケラレ」るための条件式である。

ところで、入射光束の一部が「ケラレ」ると、走査光束の光量が低下し、画像における濃度低下を招くおそれがある。この場合、対応する走査タイミングで光源の出力を上げるような光量補正を行うことにより、画像濃度の均一性を保つことができる。なお、レーザ光の光強度は、ガウス分布に近いため、ケラレ率ｋに比例して走査光束の光量が低下するわけではないが、ケラレ率ｋが小さいほど光量補正が容易である。具体的には、ケラレ率ｋが０．２以下であれば、光量補正が容易である。

従来、ｆθレンズやｆθミラーを介したレーザ光は、そのビーム強度が像高によって異なる特性であるシェーディング特性を有している。このシェーディング特性は、通常１０数％あることが知られている（例えば、特開２０１１‐１９８９１９号公報参照）。なお、像高とは、感光体ドラムにおける主走査方向に関する位置であり、感光体ドラムの中心を基準としている。

像高によってビーム強度が異なるのは、光源から射出されてから被走査面に到達するまでにレーザ光が介するガラス、レンズ、ミラー等の光学素子の反射率や透過率（すなわち、光利用効率）がレーザ光の入射角によって異なることや、ｆθレンズの厚みが像高で異なることなどに起因する。

光学レンズは、像高が大きくなるに従い透過率が小さくなるので、どの像高位置でも像高０の位置と同じ強度の光量で露光されるように、像高に合わせて光源から射出されるレーザ光の光量を補正している。このような補正は、「シェーディング補正」と呼ばれている。

本実施形態では、入射光束のケラレによる光量の低下が従来のシェーディング特性に重畳されるため、入射光束のケラレによる光量の低下を考慮したシェーディング補正が必要となる。

従来、シェーディング補正では８ビットのＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）が用いられ、±２５％の範囲内を０．２％刻みで光量補正が可能である。原理的には、ＤＡＣのビット数を上げれば補正範囲を広げることは可能であるが、高コスト化を招く。ケラレ率が０．２の場合は、新たに入射光束のケラレによる光量の低下（１０数％）が加わって、補正範囲が２０数％になるが、この範囲であれば、高コスト化を招くことなく、従来のシェーディング補正をそのまま用いることができる。そこで、ケラレ率としては０．２以下とするのが好ましい。

また、シェーディング補正の範囲が広くなるほど、１走査中での光量制御範囲が大きくなり、走査端における光量低下に対し、発光素子の駆動電流を大きくしなければならない。出力が大きい発光素子を使用すればこれに対応できるが、高コスト化を招く。一方、従来と同じ発光素子を用いる場合、極端な光量増加は寿命を低下させるおそれがあるため、新たな光量増加は１０数％程度に抑えるのが好ましい。そこで、ケラレ率としては０．２以下とするのが好ましい。

さらに、画像形成の際、走査開始位置を揃えるために、本実施形態においても同期検知センサが設けられている。通常、同期検知センサは走査開始の画角より、数°〜１０°程度外側になる画角で設けられるが、本実施形態では入射光束のケラレにより、画角１°に対し、２〜３％の割合で光量が低下し、同期検知位置では１０数％〜３０％程度の光量低下が発生する。この光量低下に対しては、同期検知センサの感度を上げることで対応可能であるが、高コスト化を招く。一方、従来と同様の同期検知センサ及び発光素子を用いる場合、同期検知位置での光量低下は５０％以下にするのが好ましく、画像形成の走査端での光量低下は１０数％程度に抑えるのが好ましい。そこで、ケラレ率としては０．２以下とするのが好ましい。

走査光束が走査開始位置に向かうタイミングと、走査光束が走査終了位置に向かうタイミングとでケラレ率ｋが等しい場合には、図１６におけるｄｂは、（１−２ｋ）ｄｉｎとなる。そこで、上記（１１）式におけるｄに（１−２ｋ）ｄｉｎを代入すると、次の（１３）式が得られる。

図１７〜図２６には、種々のＮについて、上記（１３）式から得られたケラレ率ｋと回転多面鏡の大きさとの関係が示されている。なお、図１７、図１９、図２１、図２３、図２５における符号Ａは、回転多面鏡の内接円半径を示している。Ｎ＝４の場合が図１７及び図１８に示され、Ｎ＝５の場合が図１９及び図２０に示され、Ｎ＝６の場合が図２１及び図２２に示されている。また、Ｎ＝７の場合が図２３及び図２４に示され、Ｎ＝８の場合が図２５及び図２６に示されている。

ところで、感光体ドラム上での主走査方向のビーム径を６０〜１００μｍとするには、走査光束の主走査対応方向に関する幅は３〜４ｍｍが必要である。

ケラレ率ｋは０．２以下に抑えることが好ましい。そこで、次の（１４）式が満足されるように、回転多面鏡の外接円半径を設定することで、適切な光量補正を容易に行うことが可能である。

本実施形態では、図２１におけるｍｏｄｅｌ２〜ｍｏｄｅｌ５のいずれかが採用されている。

Ａ３サイズの記録紙に対応可能な従来のＵＦタイプの画像形成装置では、Ｎ＝６の回転多面鏡が用いられる場合、Ｒ≒２０ｍｍ、回転数は３５０００〜４００００ｒｐｍ以下であった。

本実施形態では、図２１及び図２２に示されるように、ケラレ率ｋ＝０．１のとき、Ｒ≒１０ｍｍ、ケラレ率ｋ＝０．２のとき、Ｒ≒８ｍｍの回転多面鏡を用いることができる。このように、本実施形態では、回転多面鏡の外接円半径を従来の１/２以下にすることができ、そのため、回転数を６００００〜７００００ｒｐｍまであげることが可能となる。

さらに、例えば、副走査方向の画素密度が１２００ｄｐｉの画像を形成する場合、従来の画像形成装置では、１つの感光体ドラムに４ビームを用いた書き込みが必要であったとすると、本実施形態では、回転多面鏡の回転数を従来の２倍にすることができるため、１つの感光体ドラムに２ビームを用いた書き込みで良い。そこで、本実施形態では、従来の画像形成装置に対して光源数を半減することができる。

なお、特許文献１に開示されている光束分割方式でも、光源数の半減が可能である。しかしながら、光束を２分割する光学素子が必要になるほか、書き込み対象の感光体ドラムの切り替え制御が複雑になるため、光束分割方式は、本実施形態より高コストである。

ところで、回転多面鏡で「ケラレ」た光束は、不要なゴースト光となる。本実施形態では、走査光束が走査終了位置に向かうタイミングで「ケラレ」た光束が光源に戻り、光源の発振状態を不安定にするおそれがある。そこで、ゴースト光が、書き込み中に光源に戻らないように入射光束の入射角θｉｎを設定するのが好ましい。ここでは、次の（１５）式が満足されるように設定されている。
｜θｉｎ｜＋｜θｅ｜＜７２０／Ｎ ……（１５）

例えば、Ｎ＝６の場合は、｜θｉｎ｜＋｜θｅ｜が１２０°より小さく、Ｎ＝７の場合は、｜θｉｎ｜＋｜θｅ｜が１０２．８°より小さく、Ｎ＝８の場合は、｜θｉｎ｜＋｜θｅ｜が９０°より小さく設定するのが好ましい。なお、図１７、図１９、図２１、図２３、図２５では、上記（１５）式の条件が満足されている。

本実施形態における光走査装置２０１０は、従来のＵＦタイプの光走査装置よりも、回転多面鏡を小型化することができる。そのため、消費電力を増加させることなく、回転多面鏡を高速で回転させることが可能となる。そして、光源数を増加させることなく、すなわち、高コスト化を招くことなく、画像形成の高速化や画素密度の高密度化に対応することができる。

また、光走査装置２０１０は、従来のＯＦタイプの光走査装置よりも、走査画角を大きくすることができる。そのため、大型化を招くことなく、画像形成の高速化や画素密度の高密度化に対応することができる。

ところで、光走査装置２０１０を組立てる際に、走査領域と光学的に等価な位置にビーム径検出器を配置し、走査領域の両端におけるビーム径が同等になるように、回転多面鏡への入射光束の入射位置が調整される。なお、光走査装置２０１０を組立てる際に、走査領域と光学的に等価な位置に光パワーメータ等の光量検出器を配置し、走査領域の両端における光強度が同等になるように、回転多面鏡への入射光束の入射位置が調整されても良い。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置２０１０によると、２つの光源（２２００Ａ、２２００Ｂ）、偏向器前光学系、光偏向器２１０４、及び走査光学系などを備えている。

光偏向器２１０４は、入射光束の主走査対応方向の幅ｄｉｎが、各鏡面（反射面）の主走査対応方向の幅より小さく、外接円半径Ｒが上記（１２）式を満足する回転多面鏡を有している。

このとき、走査光束が走査領域の中央部に向かうタイミングでは、入射光束の全てが、一の反射面で反射され、走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミング及び走査終了位置に向かうタイミングの少なくとも一方では、入射光束の一部が「ケラレ」ることとなる。

この場合、回転多面鏡を小型化するとともに、走査画角を大きくすることができる。そこで、大型化や高コスト化を招くことなく、被走査面を高速で、精度良く光走査することができる。

また、本実施形態では、回転多面鏡の外接円半径Ｒは、上記（１４）式を満足している。この場合は、適切な光量補正を容易に行うことが可能である。

また、本実施形態では、上記（１５）式が満足されるように設定されている。この場合は、回転多面鏡で「ケラレ」た光束が光源に戻るのを抑制することができる。そこで、別途、戻り光対策を行う必要がない。

また、偏向器前光学系は、光源から射出された光束を整形する開口部を有する４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）を含んでいる。各開口板の開口部は、副走査対応方向に関する開口幅が、主走査対応方向に関して中央部よりも両端部のほうが小さい形状である。この場合は、走査領域における中央部に対する両端部での光量低下を抑制することができる。

そして、複合機２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、結果として、大型化や高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することができる。

なお、上記実施形態では、ｄｉｎが４ｍｍの場合について説明したがこれに限定されるものではなく、ｄｉｎが各鏡面（反射面）の主走査対応方向の幅より小さく、外接円半径Ｒが上記（１２）式を満足する回転多面鏡を光偏向器２１０４が有していれば良い。一例として、ｄｉｎが３．５ｍｍの場合が図２７〜図２９に示されている。

図２７には、走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とが示されている。このとき、ｄｓ＝３．２ｍｍであり、ｄｓ＜ｄｉｎの関係にある。そして、走査光束の進行方向とＸ軸方向とのなす角θｓは、４０°である。

図２８には、走査光束が走査領域の中央位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とが示されている。このとき、ｄｃ＝３．５ｍｍであり、ｄｃ＝ｄｉｎの関係にある。

図２９には、走査光束が走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とが示されている。このとき、ｄｅ＝３．５ｍｍであり、ｄｅ＝ｄｉｎの関係にある。そして、走査光束の進行方向とＸ軸方向とのなす角θｅは、−４０°である。

この場合、走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでは、入射光束は光偏向器２１０４で「ケラレ」るが、走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでは、入射光束は光偏向器２１０４で「ケラレ」ない。この場合の走査画角は８０°である。

また、上記実施形態では、Ｎ＝６の場合について説明したがこれに限定されるものではなく、ｄｉｎが各鏡面（反射面）の主走査対応方向の幅より小さく、外接円半径Ｒが上記（１２）式を満足する回転多面鏡を光偏向器２１０４が有していれば良い。一例として、Ｎ＝７の場合が図３０に示されている。

ここでは、入射光束の進行方向とＸ軸方向とのなす角θｉｎは、６０°となるように設定されている。また、７つの偏向反射面を区別する必要があるときは、反時計まわりに面１、面２、面３、面４、面５、面６、面７とする（図３１参照）。そして、一例として、ｄｉｎが３．５ｍｍの場合が図３２〜図３４に示されている。

図３２には、走査光束が走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とが示されている。このとき、ｄｓ＝３．５ｍｍであり、ｄｓ＝ｄｉｎの関係にある。そして、走査光束の進行方向とＸ軸方向とのなす角θｓは、３６°である。

図３３には、走査光束が走査領域の中央位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とが示されている。このとき、ｄｃ＝３．５ｍｍであり、ｄｃ＝ｄｉｎの関係にある。

図３４には、走査光束が走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでの、回転多面鏡に対する入射光束と走査光束とが示されている。このとき、ｄｅ＝３．３５ｍｍであり、ｄｅ＜ｄｉｎの関係にある。また、走査光束の進行方向とＸ軸方向とのなす角θｅは、−３６°である。

この場合、走査領域における走査終了位置に向かうタイミングでは、入射光束は光偏向器２１０４で「ケラレ」るが、走査領域における走査開始位置に向かうタイミングでは、入射光束は光偏向器２１０４で「ケラレ」ない。この場合の走査画角は７２°である。

このように、反射光束が走査開始位置に向かうタイミング、又は反射光束が走査終了位置に向かうタイミングで「ケラレ」る場合、上記ｄｂは、（１−ｋ）ｄｉｎとなる。そこで、上記（１１）式におけるｄに（１−ｋ）ｄｉｎを代入すると、次の（１６）式が得られる。

そして、ケラレ率ｋを０．２以下に抑えるには、次の（１７）式が満足されるように、回転多面鏡の外接円半径Ｒを設定すれば良い。

ところで、走査領域における走査開始位置に向かうタイミング及び走査終了位置に向かうタイミングのいずれかで、入射光束が光偏向器２１０４で「ケラレ」る場合、開口板の開口部は、副走査対応方向に関する長さ（開口幅）が、主走査対応方向における入射光束の「ケラレ」る側に対応する端部で、主走査対応方向における中央部分よりも小さくなる形状を有していても良い（図３５（Ａ）〜図３５（Ｄ）参照）。

また、上記実施形態において、光源にモノリシックな端面発光レーザアレイや面発光レーザアレイを用いても良い。

また、上記実施形態では、それぞれ２つの発光部を有する２つの光源が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、それぞれ１つの発光部を有する４つの光源を用いても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置として複合機の場合について説明したが、これに限定されるものではない。画像形成装置が、単独の複写機、プリンタ、及びファクシミリ装置であっても良い。

また、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

２０００…複合機（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ，２０３０ｂ，２０３０ｃ，２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２１０４…光偏向器、２１０５ａ，２１０５ｂ，２１０５ｃ，２１０５ｄ…走査レンズ（走査光学系の一部）、２２００Ａ，２２００Ｂ…光源、２２０１ａ，２２０１ｂ，２２０１ｃ，２２０１ｄ…カップリングレンズ、２２０２ａ，２２０２ｂ，２２０２ｃ，２２０２ｄ…開口板、２２０４ａ，２２０４ｂ，２２０４ｃ，２２０４ｄ…シリンドリカルレンズ。

特開２００５−９２１２９号公報 特開平１０−２０６７７８号公報

Claims (5)

1. 光源から射出され、Ｎ個の反射面を有する回転多面鏡で反射された光束によって、被走査面を主走査方向に沿って走査する光走査装置において、
   前記回転多面鏡に入射する光束の前記主走査方向に対応する方向の幅が、前記回転多面鏡の反射面の前記主走査方向に対応する方向の幅より小さく、
   前記回転多面鏡の回転軸に直交する平面に正射影したとき、前記回転多面鏡に入射する光束の前記主走査方向に対応する方向の幅ｄｉｎ、基準軸方向に対する入射角θｉｎ、走査領域における走査開始位置での画角θｓ、走査終了位置での画角θｅ、θ１＝（θｉｎ＋θｓ）／２−３６０／（２×Ｎ）、θ２＝（θｉｎ＋θｅ）／２＋３６０／（２×Ｎ）を用いて、前記回転多面鏡の外接円半径Ｒが、
   

   

   を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 前記回転多面鏡の外接円半径Ｒが
   

   

   を満足することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記入射角θｉｎの絶対値と前記走査終了位置での画角θｅの絶対値の和が、７２０／Ｎよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記光源と前記回転多面鏡との間の光路上に配置され、前記光源から射出された光束を整形する開口部を有する開口板を更に備え、
   前記開口部は、前記主走査方向に直交する副走査方向に対応する方向に関する開口幅が、前記主走査方向に対応する方向に関して、少なくとも一側の端部で中央部よりも小さい形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 少なくとも１つの像担持体と、
   前記少なくとも１つの像担持体を画像情報によって変調された光束により走査する請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。

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